AT512630A1

AT512630A1 - Portionskapsel

Info

Publication number: AT512630A1
Application number: ATA50066/2012A
Authority: AT
Inventors: Wolfgang Hoeftner; Dieter Helmut Dr Schoenlein; Manfred Reinhardt; Gerhard Hagel
Original assignee: Modl
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-15
Also published as: WO2013131117A1

Abstract

Portionskapsel (1) zur Zubereitung eines Getränks, mit einem becherförmigen Aufnahmebehälter (2) für eine durch Flüssigkeit extrahierbare Substanz (8), insbesondere Kaffee-, Tee-, Kakao- oder Fruchtpulver, wobei der becherförmige Aufnahmebehälter (2) durch eine mehrschichtige Folie (7) aus Kunststoff gebildet ist. Die Folie (7) des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) weist zumindest eine Außenschicht (11) aus einem ersten Kunststoffmaterial und eine Sperrschicht (10) aus einem zweiten Kunststoffmaterial auf, wobei das die Sperrschicht (10) bildende zweite Kunststoffmaterial eine geringere Gas- bzw. Dampfdurchlässigkeit als das die Außenschicht (11) bildende erste Kunststoffmaterial aufweist.

Description

1

Die Erfindung betrifft eine Portionskapsel zur Zubereitung eines Getränks mit einem becherförmigen Aufnahmebehälter für eine durch Flüssigkeit extrahierbare Substanz/ insbesondere Kaffee-, Tee-, Kakao- oder Fruchtpulver, wobei der becherförmige Aufnahmebehälter durch eine mehrschichtige Folie aus Kunststoff gebildet ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Portionskapsel.

Es sind bereits eine Vielzahl von unterschiedlichsten Portionskapseln bekannt. Becherförmige Portionskapseln mit Kaffeepulver zur Zubereitung von Kaffee bestehen häufig aus Aluminium (s. DE 27 52 733 Al), wodurch sie einerseits gasdicht sind und andererseits eine ausreichende Steifigkeit besitzen, um dem Druck einer Aufstechvorrichtung in einer für die Verwendung mit derartigen Kapseln vorgesehenen Kaffeemaschine zu widerstehen. Nachteilig an den Aluminiumkapseln sind einerseits die bei Herstellung und Entsorgung auftretenden Umweltbelastungen sowie die hohen Herstellungskosten.

Ebenfalls bereits bekannt sind Kunststoffkapseln, die in einem Spritzgussverfahren hergestellt sind (s. GB 2 411 106 A) . Die notwendige Steifigkeit kann hierbei durch Erhöhung der Wandstär-ke erzielt werden. Im Gegensatzzu Aluminiumkapseln sind die Kunststoffkapseln jedoch nachteiligerweise wenig gasdicht. Zur Bewahrung des Kaffeearomas werden solche Kapseln daher vielfach in einem eigenen Beutel gasdicht verpackt.

Weiters wurde im Stand der Technik prinzipiell bereits vorgeschlagen, Kaffeekapseln aus mehreren Kunststoffschichten herzustellen (s. EP 1 165 398 Bl), wobei bisher keine zufriedenstellende Lösung erzielt wurde.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Portionskapseln und deren Herstellungsverfahren zu beheben bzw. zumindest zu reduzieren. Demnach soll insbesondere eine Portionskapsel der eingangs angeführten Art geschaffen werden, mit welcher eine hohe Gasdichtigkeit und eine stabile Ausführung bei Verwendung in der entsprechenden Extraktionsmaschine erzielbar sind. Zudem soll ein umweltfreundliches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung solcher Kapseln bereitgestellt werden. 2

Diese Aufgabe wird bei einer Portionskapsel der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass die Folie des becherförmigen Aufnahmebehälters zumindest eine Außenschicht aus einem ersten Kunststoffmaterial und eine Sperrschicht aus einem zweiten Kunststoffmaterial aufweist, wobei das die Sperrschicht bildende zweite Kunststoffmaterial eine geringere Gas- bzw. Dampfdurch-lässigkeit als das die Außenschicht bildende erste Kunststoffmaterial aufweist.

Erfindungsgemäß wird daher der becherförmige Aufnahmebehälter der Portionskapsel durch eine zumindest zweischichtige Folie aus Kunststoff gebildet. Die Außenschicht, welche die freiliegende Außenseite der Portionskapsel bildet, dient hierbei der mechanischen Stabilität des Aufnahmebehälters. Andererseits ist die im Wesentlichen gas- bzw. dampfundurchlässige Sperrschicht dazu eingerichtet, das Aroma der in der Portionskapsel enthaltenen Substanz zu konservieren. Die strukturelle Trennung zwischen der Außenschicht zur Erzielung der Stabilitätsfunktion und der Sperrschicht zur Erzielung der Gas- bzw. Dampfundurchlässigkeit ermöglicht es, die einzelnen Schichten insbesondere über das verwendete Material und die Wandstärke optimal an die jeweilige Funktion anzupassen.

Das die Außenschicht bildende erste Kunststoffmaterial weist vorzugsweise eine höhere mechanische Stabilität als das die Sperrschicht bildende zweite Kunststoffmaterial auf, wodurch vorteilhafterweise eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Druck- und Zugkräfte erzielt wird. Aufgrund der höheren Stabilität und Widerstandsfähigkeit erfüllt die Außenschicht zusätzlich eine Schutzfunktion, wodurch die empfindlichere Sperrschicht gegen mechanische Belastungen, welche eine Beschädigung und somit einen nachteiligen Aromaverlust nach sich ziehen können, geschützt ist.

Eine besonders hohe Gasdichte wird erreicht, wenn das die Sperrschicht bildende zweite Kunststoffmaterial ein Ethylen-Vinylalkohol -Copolymer ist.

In Bezug auf die Sperrschicht ist es günstig, wenn ihre Wandstärke von 15 bis 100 μια, insbesondere im Wesentlichen 15 bis 50 pm, beträgt um die erwünschte Gasdichte bei gleichzeitig mög- 3 liehst geringem Materialaufwand zu erzielen. Wenn die Portionskapsel/ wie weiter unten beschrieben, in einem Thermoformverfahren hergestellt wird, kann die Wandstärke der Sperrschicht in der Ausgangsfolie beispielsweise 50 pm betragen, womit sich nach der Formung eine zwischen 15 und 50 pm variierende Wandstärke ergeben kann.

Um die Herstellung der Portionskapsel zu vereinfachen und gleichzeitig, entsprechend der Funktion der Außenschicht als stabiler Schutzmantel, eine hohe mechanische Stabilität zu erzielen, kann das die Außenschicht bildende erste Kunststoffmaterial vorteilhafter Weise Polyethylen oder Polypropylen sein.

Eine Wandstärke der Außenschicht von 50 bis 150 pm, insbesondere im Wesentlichen von 100 pm, ist für die Stabilität und Widerstandsfähigkeit der Portionskapsel besonders geeignet.

Weiters kann der becherförmige Aufnahmebehälter eine Innenschicht aus einem dritten Kunststoffmaterial aufweisen, welche eine geringere Durchlässigkeit für Wasserdampf aufweist als die Außenschicht. Dadurch wird der Druckaufbau im Inneren der Portionskapsel bei der Extraktion begünstigt und ein Eindringen von Feuchtigkeit während der Lagerung noch weiter erschwert.

Vorzugsweise ist das die Innenschicht bildende dritte Kunst-stoffmaterial Polypropylen, Polyethylenterephthalat oder ein Polyamid.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Innenschicht eine Wandstärke von 600 bis 800 pm, insbesondere im Wesentlichen 700 pm, aufweist, da dadurch eine gute Dichtheit gegen Wasserdampf erzielt wird ohne den Materialaufwand unnötig zu erhöhen.

Die Steifigkeit der Portionskapsel kann darüber hinaus dadurch erhöht werden, dass der becherförmige Aufnahmebehälter zumindest eine im Wesentlichen in Längsrichtung des Aufnahmebehälters verlaufende Vertiefung aufweist. Die Vertiefung wirkt dabei einer Verformung des Aufnahmebehälters in Längsrichtung entgegen, wenn die Portionskapsel, beispielsweise durch in der Brühkammer der Extraktionsmaschine angeordnete Aufstechklingen, aufgestochen wird, um eine Flüssigkeit durch die partikelförmige Substanz der Portionskapsel zu leiten. 4

In einer besonders einfachen Ausführung kann die Vertiefung des becherförmigen Aufnahmebehälters rillen- bzw. nutförmig, insbesondere annähernd halbkreisförmig sein. Diese Form hat den Vorteil einer einfachen und unproblematischen Fertigung und kann beispielsweise durch Abformung oder Prägung erzielt werden, ohne zusätzlichen Materialaufwand zu verursachen.

Eine Tiefe von 1 bis 2,5 mm, insbesondere im Wesentlichen 2 mm, die über die Länge der Vertiefung variieren kann, und eine Breite von 1 bis 4 mm, insbesondere im Wesentlichen 2,5 mm, haben sich als vorteilhafte Abmessungen für die Vertiefung des becherförmigen Aufnahmebehälters erwiesen, um die Steifigkeit der Portionskapsel gegen eine Verformung des Aufnahmebehälters in geeigneter Weise zu erhöhen, ohne jedoch das Innenvolumen des Behälters übermäßig zu reduzieren.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn sich die Vertiefung im Wesentlichen über die gesamte Länge eines Mantels des becherförmigen Aufnahmebehälters erstreckt, um über die gesamte Länge eine Verformung beim Ein- bzw. Aufstechen der Kapsel, beispielsweise unter dem Druck der dafür in der Brühkammer eingerichteten Aufstechklingen, und beim Extrahieren des Getränks weitestgehend zu vermeiden. __

Darüber hinaus kann die Vertiefung zumindest abschnittsweise entlang eines Bodens des becherförmigen Aufnahmebehälters verlaufen und dort vorzugsweise anhand einer graduell abnehmenden Tiefe der Vertiefung auslaufen, wodurch eine besonders günstige Verteilung der beim Aufstechen der Kapsel entstehenden mechanischen Spannung erzielt wird.

Um die mechanische Spannung über den Umfang der Portionskapsel gleichmäßig zu verteilen bzw. eine gleichmäßige Steifigkeit zu erzielen, können mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Vertiefungen entlang des becherförmigen Aufnahmebehälters, vorzugsweise in regelmäßigen Winkelabständen, vorgesehen sein. Als besonders geeignet haben sich 6 bis 16 Vertiefungen erwiesen, wobei bevorzugt 10 Vertiefungen vorgesehen sind.

Zum Verschließen der Portionskapsel ist es günstig, wenn der be- 5 cherförmige Aufnahmebehälter gegenüberliegend des Bodens einen umlaufenden, seitlich nach außen vorstehenden Flansch aufweist, an welchem ein Deckel zum Verschließen des Aufnahmebehälters angeordnet ist. Neben der Funktion als Verbindungsfläche für den Deckel erfüllt der Flansch zusätzlich die Funktion, den becherförmigen Aufnahmebehälter während des Brühvorganges zu fixieren.

Zur Herstellung eines aus einer mehrschichtigen Folie aus Kunststoff bestehenden becherförmigen Aufnahmebehälters für eine durch Flüssigkeit extrahierbare Substanz, insbesondere Kaffeepulver, hat sich ein Verfahren als besonders geeignet herausgestellt, bei dem der becherförmige Aufnahmebehälter durch Thermoformung aus der mehrschichtigen Folie geformt wird. Vorteilhaft sind hierbei insbesondere die geringeren Werkzeugkosten im Vergleich zu beispielsweise einem Spritzgussverfahren, insbesondere dann, wenn die mehrschichtige Form des Aufnahmebehälters - wie in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens - in einem einzelnen Arbeitsschritt hergestellt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen dabei im Einzelnen: __ ____

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Portionskapsel;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Wand der Portionskapsel gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Portionskapsel gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 eine Aufsicht der Portionskapsel gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Portionskapsel 1 mit einem becherförmigen Aufnahmebehälter 2 und einem Deckel 3 dargestellt, wobei der Deckel 3 vorzugsweise aus einer Versiegelungsfolie aus Aluminium gebildet ist. Im Bereich eines Flansches 4 ist der Deckel 3 mit dem Aufnahmebehälter 2 zum Verschließen desselben verbunden. Der becherförmige Aufnahmebehälter 2 weist weiters einen Mantel 5 auf, welcher in einen Boden 6 übergeht. 6

Um die Herstellungs- und Entsorgungskosten gegenüber bekannten Kapseln, welche üblicherweise aus Aluminium gefertigt werden, zu senken und die Umweltverträglichkeit der Portionskapsel zu verbessern, ist die Portionskapsel in der gezeigten Ausführung aus Kunststoff gefertigt. Andererseits wird eine mit Aluminium vergleichbare Gasdichte dadurch erreicht, dass die Kapsel 1 in der gezeigten Ausführung aus einer mehrschichtigen Kunststofffolie 7 gebildet ist, was außerdem den Wegfall einer zusätzlichen Verpackung (Beutel) bedeutet.

Fig. 2 zeigt im Detail den Aufbau der mehrschichtigen Kunststofffolie 7, aus welcher der becherförmige Aufnahmebehälter 2 gebildet ist. Der Aufnahmebehälter 2 enthält eine durch Flüssigkeit, insbesondere unter Druck, extrahierbare Substanz 8, beispielsweise Kaffee-, Tee-, Kakao- oder Fruchtpulver, zur Zubereitung eines Getränks. Obwohl die Darstellung lediglich einen Ausschnitt der Wand im Bereich des Mantels 5 zeigt, ist der mehrschichtige Aufbau in anderen Bereichen des Aufnahmebehälters 2, wie dem Boden 6 und dem Flansch 4, im Wesentlichen identisch, auch wenn die neben der mehrschichtigen Folie 7 dargestellte Substanz 8 selbstverständlich nicht in allen Bereichen des Aufnahmebehälters 2 zu finden ist, beispielsweise nicht im Bereich des Flansches 4. ------------------- -------------

In der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist die mehrschichtige Folie 7 drei Schichten auf: eine Innenschicht 9, eine Sperrschicht 10 und eine Außenschicht 11. Die Innenschicht 9 grenzt unmittelbar an die Substanz 8 im Inneren des Aufnahmebehälters 2. Diese Schicht besteht bevorzugt aus Polypropylen, und weist eine Wandstärke von im Wesentlichen 700 pm auf. Außerhalb der Innenschicht 9 liegt die Sperrschicht 10, die eine geringere Aromadurchlässigkeit als zumindest die Außenschicht 11 aufweist. In einer bevorzugten Variante ist die Sperrschicht 10 von einer 15 bis 100 pm dicken Schicht aus einem Ethylen-Vinyl-alkohol-Copolymer gebildet. Durch die Anordnung der Sperrschicht 10 wird vorteilhafterweise ein weitestgehender Schutz bzw. eine Konservierung des Aromas der Substanz 8 erzielt.

Die äußerste Schicht des Aufnahmebehälters 2 in Fig. 2 ist von der Außenschicht 11 gebildet. Die Äußenschicht 11 ist bevorzugt aus Polyethylen gebildet und weist eine Wandstärke von im We- 7 sentliehen 100 μια auf. Außerdem besitzt die Außenschicht 11 eine höhere mechanische Stabilität als die Sperrschicht 10, wobei sich die höhere Stabilität insbesondere für die Widerstandsfähigkeit der Außenschicht 11 und die Funktion als Schutzmantel als vorteilhaft erwiesen hat.

Wie insbesondere in Fig. 3 ersichtlich, weist der Aufnahmebehälter 2 in Längsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Mantels 5 Vertiefungen 12 auf. Die Vertiefungen 12, welche sich vom Mantel 5 bis über den Boden 6 erstrecken und am Boden auslaufen, erhöhen die Steifigkeit des Aufnahmebehälters 2 gegen Verformung, insbesondere beim Anstechen der Kapsel.

Wenn zehn Vertiefungen 12 in Mantel 5 und Teilen des Bodens 6 wie in Fig. 4 dargestellt unter regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind, kann die beim Anstechen entstehende mechanische Spannung gleichmäßig auf den Umfang des Aufnahmebehälters 2 verteilt werden, wodurch eine optimale Steifigkeit erzielt wird.

Das ebenfalls aus Fig. 4 ersichtliche rillenförmige bzw. annähernd halbkreisförmige Profil der Vertiefungen 12 ist für das vorgesehene Fertigungsverfahren besonders geeignet.

Das- f ür- - die- -Eo-r-tions-kapse-l- -1- - bevorzugte Her st-eli-ungsve-rf-ahren -.......... ist ein Thermoformverfahren. Dabei kann die in Fig. 1 bis 4 gezeigte Form der Kapsel 1 bzw. des Aufnahmebehälters 2 in einfacher Weise aus einer mehrschichtigen Ausgangsfolie hergestellt werden. Insbesondere kann die Ausgangsfolie, welche für die Thermoformung verwendet wird, eine über gesamte Länge im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweisen. Für die Herstellung der dreischichtigen Ausgangsfolie wird vor der Thermoformung eine aus Innen- und Sperrschicht bestehenden zweischichtigen Folie mit der Außenschicht kaschiert oder coex-trudiert.

Nach der Formung und Befüllung mit der Substanz 8 wird der Aufnahmebehälter 2 schließlich im Bereich des Flansches 4 mit einer den Deckel 2 bildenden Aluminium-Versiegelungsfolie mittels Schweiß- oder Ultraschall-Technologie versiegelt.

Claims

8 Patentansprüche: 1. Portionskapsel (1) zur Zubereitung eines Getränks, mit einem becherförmigen Aufnahmebehälter (2) für eine durch Flüssigkeit extrahierbare Substanz (8), insbesondere Kaffee-, Tee-, Kakaooder Fruchtpulver, wobei der becherförmige Aufnahmebehälter (2) durch eine mehrschichtige Folie (7) aus Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) zumindest eine Außenschicht (11) aus einem ersten Kunststoffmaterial und eine Sperrschicht (10) aus einem zweiten Kunststoffmaterial aufweist, wobei das die Sperrschicht (10) bildende zweite Kunststoffmaterial eine geringere Gas- bzw. Dampfdurchlässigkeit als das die Außenschicht (11) bildende erste Kunststoffmaterial aufweist.
2. Portionskapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Außenschicht (11) bildende erste Kunststoffmaterial eine höhere mechanische Stabilität als das die Sperrschicht (10) bildende zweite Kunststoffmaterial aufweist.
3. Portionskapsel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Sperrschicht (10) bildende zweite Kunststoffmaterial ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer ist.
4. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (10) eine Wandstärke von 15 bis 100 μιη, insbesondere im Wesentlichen 15 bis 50 μιη, aufweist.
5. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Außenschicht (11) bildende erste Kunststoffmaterial Polyethylen oder Polypropylen ist.
6. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (11) eine Wandstärke von 50 bis 150 pm, insbesondere im Wesentlichen 100 pm, aufweist.
7. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Aufnahmebehälter (2) weiters eine Innenschicht (9) aus einem dritten Kunststoffmaterial aufweist, welche eine geringere Durchlässigkeit für Wasserdampf aufweist als die Außenschicht. 9
8. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Innenschicht (9) bildende dritte Kunststoffmaterial Polypropylen, Polyethylenterephthalat oder ein Polyamid ist.
9. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (9) eine Wandstärke von 600 bis 800 pm, insbesondere im Wesentlichen 700 pm, aufweist.
10. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Aufnahmebehälter (2) zumindest eine im Wesentlichen in Längsrichtung des Aufnahmebehälters verlaufende Vertiefung (12) aufweist.
11. Portionskapsel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (12) des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) rillen- bzw. nutförmig, insbesondere annähernd halbkreisförmig ist.
12. Portionskapsel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (12) des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) eine Tiefe von 1 bis 2,5 mm, insbesondere im Wesentlichen 2 mm, die über die Länge der Vertiefung (12) variieren kann, und eine-Breite von 1 bis 4 mm, insbesondere im Wesentlichen 2,5 mm, aufweist.
13. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (12) im Wesentlichen über die gesamte Länge eines Mantels (5) des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) erstreckt.
14. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (12) zumindest abschnittsweise entlang eines Bodens (6) des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) verläuft und dort vorzugsweise anhand einer graduell abnehmenden Tiefe der Vertiefung ausläuft.
15. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Vertiefungen (12) entlang des becherförmigen Aufnahmebehälters (2) vorgesehen sind, bevorzugt 6 bis 16 Vertiefungen, besonders bevorzugt 10 Vertiefungen. 10
16. Portionskapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Aufnahmebehälter (2) gegenüberliegend des Bodens (6) einen umlaufenden, seitlich nach außen vorstehenden Flansch (4) aufweist, an welchem ein Deckel {3) zum Verschließen des Aufnahmebehälters (2) angeordnet ist.
17. Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel (1) zur Zubereitung eines Getränks, vorzugsweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei aus einer mehrschichtigen Folie (7) aus Kunststoff ein becherförmiger Aufnahmebehälter (2) für eine durch Flüssigkeit extrahierbare Substanz (8), insbesondere Kaffeepulver, gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Folie (7) durch Thermoformung zu dem becherförmigen Aufnahmebehälter (2) geformt wird.